新型开关电源典型电路设计与应用

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前言

第1章开关电源单元电路工作原理1

1.1开关电源设计要求和原则1

1.1.1反激式电路设计要求和原则1

1.1.2正激式电源设计要求和原则3

1.1.3半桥式电源设计要求和原则5

1.1.4全桥式电源设计要求和原则6

1.1.5推挽式电源设计要求和原则8

1.2开关电源单元电路工作原理8

1.2.1整流电路8

1.2.2输入低通滤波电路12

1.2.3峰值电压钳位吸收电路12

1.2.4功能转换快速开关电路13

1.2.5输出恒流、恒压电路14

1.2.6PFC转换电路15

1.2.7PWM转换电路17

1.2.8开关电源保护电路21

1.2.9开关电源软启动电路28

1.3开关电源电路设计理论30

1.3.1开关电源控制方式设计30

1.3.2低通滤波抗干扰电路设计32

1.3.3整流滤波电路设计36

1.3.4整流二极管及开关管的计算选用39

1.3.5开关电源吸收回路设计41

1.4开关电源多路输出反馈回路设计42

1.4.1多路输出反馈电阻的计算42

1.4.2多路对称型输出的实现44

1.4.3多路输出变压器的设计45

1.4.4设计多路输出高频变压器的注意事项45

1.5恒功率电路的设计47

1.5.1恒流、恒压的工作原理47

1.5.2电流控制电路设计48

1.5.3电压控制电路设计48

1.5.4反馈电压的计算49

1.6SG6858恒功率控制电源实例49

1.6.1SG6858电路的工作原理50

1.6.2SG6858恒功率电路的参数计算51

1.7输出电路设计53

1.7.1高频阻容吸收回路设计53

1.7.2滤波电感的计算53

1.7.3输出滤波电容的计算54

1.7.4光耦合器降压电阻的计算54

1.7.5误差放大器频率补偿的计算55

第2章开关电源元器件的特性与选用56

2.1功率开关晶体管的特性与选用56

2.1.1 MOSFET的特性及主要参数56

2.1.2MOSFET驱动电路及要求57

2.1.3绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的特性及主要参数58

2.1.4IGBT驱动电路59

2.1.5晶体管的开关时间与损耗60

2.2软磁铁氧体磁心的特性与选用61

2.2.1磁性元件在开关电源中的作用62

2.2.2磁性材料的基本特性62

2.2.3磁心的结构及选用原则64

2.3光耦合器的特性与选用66

2.3.1光耦合器的分类67

2.3.2光耦合器的工作原理67

2.3.3光耦合器的主要参数67

2.3.4光耦合器的选用原则68

2.4二极管的特性与选用69

2.4.1开关整流二极管69

2.4.2稳压二极管70

2.4.3快速恢复及超快速恢复二极管71

2.4.4肖特基二极管73

2.4.5瞬态电压抑制器73

2.5自动恢复开关的特性与选用74

2.5.1自动恢复开关的工作原理74

2.5.2自动恢复开关的检测方法和选用原则75

2.6热敏电阻76

2.7TL431精密稳压源的特性与选用77

2.7.1TL431的性能特点78

2.7.2TL431的工作原理78

2.7.3TL431的应用78

2.7.4TL431的检测方法79

2.8压敏电阻79

2.8.1压敏电阻的特性与选用79

2.8.2压敏电阻的主要参数80

2.8.3压敏电阻的分类80

2.9电容器的特性与选用80

2.9.1陶瓷电容80

2.9.2薄膜电容82

2.9.3铝电解电容83

2.9.4固态电容86

2.9.5超级电容器86

2.10磁珠88

2.10.1磁珠的特性88

2.10.2磁珠的主要参数88

2.10.3磁珠的选用89

2.10.4磁珠的分类89

2.11大功率散热器89

2.11.1散热器的基本原理90

2.11.2散热器的设计90

第3章开关电源脉宽调制转换电路的设计92

3.1具有软启动、准谐振的NCP1207脉宽调制电源92

3.1.1NCP1207电路特点92

3.1.2NCP1207电路工作原理93

3.1.3NCP1207电路主要元器件参数计算96

3.1.4高频变压器的设计计算98

3.2电流控制模式准谐振的NCP1337脉宽调制电源100

3.2.1NCP1337电路特点100

3.2.2NCP1337电路工作原理与应用102

3.2.3正激式高频变压器设计102

3.2.4NCP1337电路主要元器件参数计算106

3.3具有安全可靠多路输出的UC3852脉宽调制电源107

3.3.1UC3852电路特点107

3.3.2UC3852电路工作原理与应用109

3.3.3正激式双晶体管变换电路脉冲变压器设计110

3.3.4双管正激式高频变压器设计111

3.4具有双路光电检测的VIPER53脉宽调制电源113

3.4.1VIPER53电路特点113

3.4.2VIPER53电路工作原理与应用115

3.4.3VIPER53电路参数设计115

3.4.4反激式高频变压器设计118

3.5具有LED调光的LM3445脉宽调制电源122

3.5.1LM3445调光的主要特点123

3.5.2LM3445隔离反激式电源工作原理123

3.5.3高频变压器设计126

3.6具有零电压谐振、高效率、低辐射的L6598脉宽调制电源128

3.6.1零电压谐振变换的工作原理129

3.6.2L6598电路性能特点129

3.6.3L6598电路元器件及主要工作参数计算130

3.6.4高频变压器设计134

3.7具有高效率、高可靠性、低成本的IR3842脉宽调制电源134

3.7.1IR3842芯片特点134

3.7.2IR3842电路工作原理与应用136

3.7.3IR3842电路主要元器件参数计算137

3.7.4高频变压器设计138

3.8具有输入电压宽、性能稳定的UC3845BN脉宽调制电源140

3.8.1UC3845BN电路特点140

3.8.2UC3845BN电路工作原理与应用140

3.8.3UC3845BN电路主要元器件参数计算142

3.8.4高频变压器设计方法1143

3.8.5高频变压器设计方法2144

3.9具有低电流启动、电流控制模式的LM5021脉宽调制电源145

3.9.1LM5021电路特点145

3.9.2LM5021电路工作原理146

3.9.3高频变压器设计方法1148

3.9.4高频变压器设计方法2149

3.9.5高频变压器设计方法3149

3.10具有电流电压双模式控制的IRS4015脉宽调制电源150

3.10.1IRS4015电路特点150

3.10.2IRS4015电路工作原理151

3.10.3IRS4015电路主要元器件参数计算152

3.10.4高频变压器设计方法1153

3.10.5高频变压器设计方法2154

第4章功率因数调制转换电路设计155

4.1电流谐波155

4.1.1电流谐波的危害156

4.1.2功率因数156

4.1.3功率因数与总谐波含量的关系157

4.1.4功率因数校正的意义与基本原理158

4.2有源功率因数校正160

4.2.1有源功率因数校正的主要优缺点160

4.2.2有源功率因数转换的控制方法161

4.2.3峰值电流控制法161

4.2.4滞环电流控制法163

4.2.5平均电流控制法164

4.3有源功率因数校正电路设计165

4.3.1峰值电流控制法电路设计165

4.3.2UC3854用平均电流控制法电路设计172

4.3.3ML4813用滞环电流控制法电路设计175

4.4无源功率因数校正电路设计178

4.4.1无源功率因数校正电路的基本原理179

4.4.2无源功率因数校正电路设计179

4.5具有PFC与LLC双重调制转换的PLC810PG电源181

4.5.1LLC谐振变换拓扑结构变换181

4.5.2PLC810PG电路工作原理183

4.5.3PLC810PG电路主要参数计算183

4.5.4高频变压器设计185

4.6具有“三高一小”的FAN4803功率因数转换电源187

4.6.1FAN4803电路特点187

4.6.2FAN4803电路工作原理190

4.6.3PWM功率级电路工作原理及脉冲变压器设计192

4.7输出低电压、大电流的L6565功率因数转换电源194

4.7.1L6565电路特点194

4.7.2L6565与L6561所组成电路工作原理194

4.7.3升压变压器TR1设计方法197

4.7.4高频变压器TR2设计方法198

4.8具有谐振式临界电流控制模式的L6563功率因数转换电源199

4.8.1L6563的功能特点199

4.8.2L6563及L6599的工作原理200

4.8.3L6563电路主要元器件参数计算202

4.8.4高频变压器设计方法1204

4.8.5高频变压器设计方法2206

4.8.6高频变压器设计方法3206

4.9连续电流控制恒功率输出的L6598转换电源206

4.9.1NCP1653的功能特点208

4.9.2L6598的功能特点209

4.9.3L6598电路主要元器件参数计算210

4.9.4高频变压器设计方法1211

4.9.5高频变压器设计方法2212

4.10智能化控制用的NCP1280功率因数转换电源212

4.10.1三种主控芯片的特点213

4.10.2NCP1280电路工作原理214

4.10.3NCP1280电路主要元器件参数计算216

4.10.4高频变压器TR3设计方法1217

4.10.5高频变压器TR3设计方法2219

4.11具有电荷泵性质的ICEIQS01功率因数转换电源219

4.11.1ICEIQS01电路特点219

4.11.2ICEIQS01片内功能220

4.11.3ICEIQS01电路工作原理220

4.11.4ICEIQS01电路主要元器件参数计算223

第5章DC/DC转换电路设计226

5.1高效率、低成本的UC3843直流转换电源226

5.1.1UC3843电路工作原理226

5.1.2UC3843的引脚功能228

5.1.3UC3843电路主要元器件参数计算228

5.1.4高频变压器设计229

5.2具有电流控制模式同步整流的LT3825直流变换电源230

5.2.1LT3825的功能特点230

5.2.2LT3825电路工作原理231

5.2.3LT3825电路工作参数计算232

5.2.4高频变压器设计233

5.3可编程输入推挽式MAX5069A直流变换电源234

5.3.1MAX5069A电路功能234

5.3.2MAX5069A的引脚功能234

5.3.3MAX5069A功能详述236

5.3.4高频变压器设计238

5.4具有电压控制模式单信号反馈的NCP1560直流变换电源240

5.4.1NCP1560电路特点240

5.4.2控制IC的功能特点240

5.4.3由NCP1560所组成的DC/DC转换电路工作原理241

5.4.4高频变压器设计243

5.5采用同步整流桥式变换的UC3525B直流变换电源246

5.5.1UC3525B电路特点及其应用246

5.5.2UC3525B电路工作原理247

5.5.3高频变压器设计方法1249

5.5.4高频变压器设计方法2252

5.6具有高速转换的UC3825直流变换电源252

5.6.1概述252

5.6.2UC3825电路特点253

5.6.3UC3825电路工作原理与应用254

5.6.4推挽式高频变压器设计255

5.7具有高效无辐射的SG3535A直流变换电源257

5.7.1SG3535A电路特点258

5.7.2SG3535A电路工作原理258

5.7.3SG3535A电路主要参数计算261

5.7.4高频变压器设计262

5.8具有自动恢复功能的CW3524直流变换电源263

5.8.1CW3524电路特点263

5.8.2CW3524电路工作原理265

第6章单片开关电源电路设计267

6.1恒压/恒流式TOP227Y三端单片开关电源267

6.1.1TOP227Y性能特点267

6.1.2TOP227Y恒流恒压工作原理268

6.1.3TOP227Y恒功率电路设计270

6.1.4TOP227Y内部结构271

6.2恒功率模式TOP204Y三端单片开关电源274

6.2.1TOP204Y电路工作原理274

6.2.2TOP204Y电路设计要求275

6.2.3高频变压器设计方法1276

6.2.4高频变压器设计方法2276

6.2.5高频变压器设计方法3277

6.3高效率自动调节的TNY279P四端单片开关电源277

6.3.1Tiny switch—Ⅲ系列产品性能特点277

6.3.2Tiny switch—Ⅲ系列工作原理278

6.3.3TNY279P电路设计278

6.3.4高频变压器设计280

6.4高效率能自动启动的TNY256P四端单片开关电源281

6.4.1TNY256P性能特点281

6.4.2TNY256P四端电源工作原理282

6.4.3高频变压器设计方法1284

6.4.4高频变压器设计方法2284

6.5高集成度无辐射的MC33374五端单片开关电源285

6.5.1MC33370系列性能特点285

6.5.2MC33374电路工作原理286

6.6多功能软启动TOP246Y六端单片开关电源287

6.6.1TOP246Y性能特点288

6.6.2TOP246Y变换电路工作原理289

6.6.3TOP246Y电路的PCB设计注意事项292

6.6.4高频变压器设计方法292

6.7高效率自动调整的TOP249Y六端单片开关电源297

6.8电源效率298

6.8.1如何提高高频变压器性能299

6.8.2如何提高开关电源效率300

6.8.3如何提高PCB设计质量303

6.8.4开关电源怎样实现准谐振304

第7章研发开关电源的程序步骤307

7.1开关电源研发程序307

7.1.1审题，确定实施方案307

7.1.2电路的设计与选用307

7.1.3元器件的选用设计计算308

7.1.4PCB的设计308

7.1.5项目预算309

7.2UCC28600研发实例309

7.2.1用户市场要求及可行性309

7.2.2绿色开关电源309

7.2.3UCC28600的功能309

7.2.4UCC28600的工作原理310

7.2.5UCC28600电路PFC的设计计算313

7.2.6UCC28600电路高频变压器设计方法1316

7.2.7UCC28600电路高频变压器设计方法2317

7.2.8UCC28600电路高频变压器设计方法3318

7.2.9UCC28600电路PWM的计算320

7.2.10UCC28600电路输出控制元件的计算321

7.3UC3842研发实例323

7.3.1UC3842电路应用的意义323

7.3.2UC3842电路的特点和结构323

7.3.3UC3842电路元器件的计算323

7.3.4UC3842电路高频变压器设计方法1325

7.3.5UC3842电路高频变压器设计方法2327

7.3.6UC3842电路高频变压器设计方法3327

7.4PCB的设计328

7.4.1PCB的布局、布线要求328

7.4.2PCB的设计过程329

7.4.3PCB的设计原则330

7.4.4PCB的布线技巧331

7.4.5元器件放置注意事项332

7.5如何把原理图转换为PCB图332

7.5.1元件属性的设置333

7.5.2电路布线334

7.5.3由原理图生成网络表334

7.5.4元件自动布局335

7.6如何快速有效地制作PCB337

作者简介

本书从“一个选择”、“两个转换”、“三个设计”开始，围绕电路设计、元器件计算，对每个章节里的电路原理图进行了较为全面的定性分析，还对一些主要元器件做了定量分析计算，尤其是对变压器的设计，推算出了六种计算占空比的公式，每种公式依据电源的结构形式而定。根据结构形式和设计理论，结合国内外最新发展动向与新型集成电路的控制技术原理，对元器件的选用、各种电源的结构形式和电源的拓扑结构做了示范性的演示，并对开关电源高频变压器的计算方法和电源的原理做了详细的分析。

本书对通信、军工、家电、医疗、工业控制、交通运输等领域的开关电源设计人员有很高的参考价值，也可供高等院校相关专业师生阅读。

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